Civil Engineering / İnşaat Mühendisliği

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/13

Browse

Filters

2007 - 200962010 - 2019112020 - 20224

Settings

Access Right: Open AccessAuthor: search.filters.author.Elçi, Şebnem

Search Results

Now showing 1 - 10 of 21
  • Research Project
    Tahtalı Baraj Gölü'nde hidrodinamik çevrimin modellenmesinde ve düşeyde akım profilinin sıcaklıkla ilişkilendirilmesi
    (2007) Elçi, Şebnem; Gök, Suzan; Atış, İlker; Sılay, Erdenir Aslı
    [No Abstract Available]
  • Research Project
    Türbülansın askıdaki katı maddenin çökelme hızına etkisinin deneysel olarak araştırılması
    (2018) Elçi, Şebnem
    Türbülanslı akımlarda düşey yönde akı nispeten küçük olsa da, gözlenen biyolojik ve kimyasal değişimlerin açıklanmasında büyük önem taşır. Yüzeysel akımlarda hem karışım hem de askıdaki katı madde modellenmek istendiğinde türbülansın hem karışıma, hem de askıdaki katı madde çökelme hızına etkisinin gerçekçi olarak tanımlanması gerekmektedir. Literatürdeki mevcut denklemler türbülanslı akımın özelliklerini ve etkisini hesaba katmadan parçacık çökelme hızını tahmine yöneliktir, o yüzden de eksik kalmıştır. Bu eksikliği gidermek üzere deneysel bir düzenek tasarlanmış, ve farklı dane boyutlu parçacıklar bir tanka bırakılarak parçacığın çökelme hareketi video ile kaydedilerek sonrasında görüntü işleme tekniği ile çökelme hızları belirlenmiştir. Deneyler esnasında belli derinliklerde 10 MHz akustik Doppler akım ölçer ile akım ölçümleri yapılmış ve akım verileri analiz edilerek akımın türbülans karakteristik bilgileri hesaplanmıştır. Parçacığın akım ölçer probunun yanından geçtiği anın 2 saniye öncesi ve sonrası türbülans karakterizasyonunda kullanılmıştır. Sonraki aşamada türbülans şiddeti, parçacık çökelme hızı ile ilişkilendirilmeye çalışılmıştır. İki farklı motor devir hızıyla yaratılan türbülanslı akım koşullarında dane boyutu 2?den küçük ve 2?den büyük olma durumuna göre çökelme hızının laminer akıma göre farklı davranış gösterdiği gözlenmiştir. Düşük motor devir hızıyla yaratılan türbülanslı akım, dane boyutu 2 mm?den küçük parçacıklara laminer akımda gözlenen çökelme hızlarını ortalama %49 arttırarak etki ederken, daha büyük parçacıklara arttırıcı etkisi olmadığı ve çökelme hızlarının laminer akımda gözlenen çökelme hızlarına benzer olduğu gözlenmiştir. Motor yüksek devir hızıyla çalıştırıldığında ise, dane boyutu 2 mm?den küçük parçacıklara çökelme hızının ortalama %36 arttırarak etki ettiği, ama daha büyük parçacıklarda çökelme hızını azaltıcı bir etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. Deneysel çalışmalar, tek bir dane boyutu için farklı derinliklerde ve farklı türbülans koşullarında gözlenen çökelme hızları ve deneyler esnasında yapılan hız ölçümlerinden elde edilen türbülans kinetik enerjilerinde bazı mesafe ve dane boyutları için benzer oranlar olduğunu göstermiştir. Ancak türbülans kinetik enerjileri ve akım hızları arasında oransal bir ilişki olduğunu tüm ölçümlerde gözlemlemek mümkün olmadığından genel bir ilişki kurulamamıştır. Deneyler sonucunda elde edilen tüm sonuçlar toplu olarak değerlendirilerek çökelme hızları ve türbülans şiddeti arasında regresyon analizi aracılığıyla tabandan ölçülen farklı mesafelerde bir ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Analiz sonucu regresyon belirleme katsayısı R2 değeri oldukça düşük de olsa, türbülans şiddetinin ivme ve dane boyutundan bağımsız olarak artışı ile çökelme hızı bu artış göstermiştir. Deneyleri takiben sayısal model ile parçacık çökelme hızının laminer akımda ve farklı türbülanslı akım koşullarında simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla Fluent modelinde Lagrangian dağınık faz alt modeli uygulanmıştır. Laminer akım için deneysel ve sayısal modellerde benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ancak türbülanslı akım koşullarında parçacık çökelme hızı modellendiğinde, deneylerde gözlenen çökelme hızındaki artışın modellenen çökelme hızı değerlerinde gözlenemediği görülmüştür. Bu gözlemler doğrultusunda Fluent modelinde parçacık çökelme hızının hesaplandığı förmüllerde kullanıcı tanımlı fonksiyon yazılarak, türbülans şiddetinin çökelme hızının hesabında kullanılması sağlanmıştır. Sonuç olarak bu yaklaşımla türbülanslı akım koşullarında daha gerçekçi hızlar hesaplandığı düşünülmektedir. Özellikle erozyon etkisiyle askıda katı madde miktarının fazla olduğu baraj göllerinde su alma yapısının askıdaki katı maddeyi dışarıda bırakacak şekilde yeniden tasarımında ve nehirlerde köprü ayakları için koruma yapılarının tasarımında kullanılan modelleme yaklaşımlarının akım türbülans karakteristiğini içerecek şekilde yeniden yapılandırılması daha iyi sonuçlar verecektir.
  • Article
    Citation - WoS: 5
    Citation - Scopus: 5
    Developing Predictive Equations for Water Capturing Performance and Sediment Release Efficiency for Coanda Intakes Using Artificial Intelligence Methods
    (MDPI, 2022) Hazar, Oğuz; Tayfur, Gökmen; Elçi, Şebnem; Singh, Vijay P.
    Estimation of withdrawal water and filtered sediment amounts are important to obtain maximum efficiency from an intake structure. The purpose of this study is to develop empirical equations to predict Water Capturing Performance (WCP) and Sediment Release Efficiency (SRE) for Coanda type intakes. These equations were developed using 216 sets of experimental data. Intakes were tested under six different slopes, six screens, and three water discharges. In SRE experiments, sediment concentration was kept constant. Dimensionless parameters were first developed and then subjected to multicollinearity analysis. Then, nonlinear equations were proposed whose exponents and coefficients were obtained using the Genetic Algorithm method. The equations were calibrated and validated with 70 and 30% of the data, respectively. The validation results revealed that the empirical equations produced low MAE and RMSE and high R2 values for both the WCP and the SRE. Results showed outperformance of the empirical equations against those of MNLR. Sensitivity analysis carried out by the ANNs revealed that the geometric parameters of the intake were comparably more sensitive than the flow characteristics.
  • Conference Object
    14th of the International Conference on Hydroscience and Engineering, Iche 2022: Proceeding Book
    (Izmir Institute of Technology, 2022) Elçi, Şebnem; Bombar, Gökçen
    14th of the International Conference on Hydroscience & Engineering, ICHE 2022 will be held in Izmir, Turkey on 26-27 May, 2022. The International Conference on Hydroscience & Engineering began in Washington DC in 1993, and followed by Beijing hosted ICHE in 1995, Cottbus (1998), Seoul (2000), Warsaw (2002), Brisbane (2004), Philadelphia (2006), Nagoya (2008), Chennai (2010), Orlando (2012), Hamburg (2014) Tainan (2016) and Chongqing (2018). These conferences provided a common ground researchers and engineers to report and discuss the latest scientific advancements and practitioner’s solutions in hydroscience and engineering. ICHE 2022 conference aims to bring together researchers and practicing engineers to share the latest scientific and technological advancements in hydroscience and engineering, and will provide networking opportunities for future activities. Participants will be able to hear experts in the field discuss the latest achievements in issues relevant to Hydro-Engineering for Sustainable Development.
  • Article
    An Experimental Study on Release Mechanism of Iron and Manganese From Sediments To the Water Column in Reservoirs
    (2021) Vural, Buse; Elçi, Şebnem; Ökten, Hatice Eser
    Iron and manganese accumulation in drinking water reservoirs is a challenging issue and should be controlled to prevent their adverse effects on human health. Accumulation of these elements not only clogs pipeline systems but also causes stains on fixtures and laundry. Also, high concentrations of iron and manganese may lead to various health problems when ingested. This study focuses on the release mechanism of iron and manganese from sediments to the water column in reservoirs and investigates methods to prevent this release. Effects of hypoxia, hypolimnetic aeration, alkalinity of water, and thermal stratification on iron and manganese concentrations were investigated through laboratory experiments. Experiments done simulating the water column showed that hypoxia caused more dissolution of ferrous iron when compared with that of manganese. Accordingly, aeration of the water column in hypoxic conditions lead to a significant decrease in ferrous iron concentrations (in our case reaching zero). However, manganese and total iron levels were not affected by the aeration of the water column. Alkalinity level of the water column was observed to have a great effect on the solubility of iron and manganese. Concentrations of total Fe and total Mn measured for acidic (pH = 5) conditions were considerably greater than concentrations measured at neutral conditions. As for alkaline (pH = 11) conditions, the opposite was observed with measured concentrations of total Fe and total Mn being lower than the ones measured for neutral conditions. Thermal stratification had an enhancing effect on the solubility of both iron and manganese ions. While aeration of the stratified water column slightly decreased the concentrations of Total Fe and Mn, it had a greater impact on decreasing $Fe^{2+}$ concentrations.
  • Article
    Citation - Scopus: 1
    Assessment and Transport of Sediment-Bound Estuarine Contaminants
    (Springer, 2015) Work, P. A.; Haas, K. A.; Warren, D. A.; Elçi, Şebnem
    Estuaries and coastal bays frequently receive anthropogenically sourced contaminants. Many of these contaminants (e.g. most metals) have low solubility and tend to sorb to sediment particles, so that sediment transport driven by fluid mechanics becomes an important part of the contaminant transport problem. The chosen strategy for mitigation of the contaminant(s) will depend on the potential for migration away from the affected region, or the build-up of concentrations within the receiving area if loading rate exceeds decay or transport rates, and the potential impact on environmental and human health both within and outside the receiving area. Two case studies are considered here in which data describing instantaneous contaminant concentrations in estuarine environments were acquired via field sampling. Both sites feature estuaries dominated by tidal forcing, with smaller, adjacent upland regions also impacted. Metals, particularly copper and lead, are the primary focus in each case. Contaminant transport processes, including diffusion, advection, and bioturbation, are treated together to develop analytical and numerical solutions for time-dependent contaminant concentrations using a spatially varying, time-dependent, effective diffusion coefficient that is influenced by local surface water flow speeds. Different initial, boundary, and loading conditions are considered to illustrate the relative importance of the various transport processes. Implications of future contaminant loading and sea level rise scenarios are demonstrated and discussed.
  • Article
    Citation - WoS: 3
    Citation - Scopus: 3
    Design of Coanda Intakes for Optimum Sediment Release Efficiencies
    (Korean Society of Civil Engineers, 2020) Hazar, Oğuz; Elçi, Şebnem
    When the water has to be diverted from a turbid source having a great amount of suspended materials in it, bottom intake structures such as Coanda and Tyrolean types are preferred. To perform this task, diverted water is captured by a transversal rack, and a gallery located in the control crest is utilized. This study was motivated by a search for the best design where the quality of the diverted water can be increased by screening out most of the sediments in the flow. Current work focuses on the water capture and sediment release efficiencies of both Tyrolean and Coanda type intakes through experimental work. It complements and extends existing experimental studies by considering sediment-laden flow. We used a novel sediment feeding system designed specifically for this study in the experiments. Study results pointed out that when sediment release efficiency is considered, all types of Coanda intakes having different design parameters performed better as compared to Tyrolean intakes. Water capture and sediment release efficiencies are related to parameters used in the experiments including Coanda type, rack angle, void ratio, sediment amount, and flow rate based on the statistical analyses of these parameters. An optimum design is proposed with the maximum sediment release efficiency to prevent clogging during the operation of the intakes. © 2020, Korean Society of Civil Engineers.
  • Article
    Citation - WoS: 4
    Citation - Scopus: 3
    Baraj Yıkılması Sonrası İki Boyutlu Taşkın Yayılımının Yerleşim Bölgeleri için Modellenmesi
    (Turkish Chamber of Civil Engineers, 2017) Elçi, Şebnem; Tayfur, Gökmen; Haltaş, İsmail; Kocaman, Bülent
    Her ne kadar baraj yıkılması nadiren gerçekleşse de, aniden yıkılan bir barajın taşkın dalgasının mansapta bulunan yerleşim bölgelerinde etkisi felaketle sonuçlanabilmektedir. Bu sebeble muhtemel bir baraj yıkılmasının sonuçlarını öngörmek risk yönetimi açısından gereklidir. Bu çalışmada baraj yıkılması sonucunda oluşan taşkın dalgasının tahmini ve mansapta ilerlemesinin analizine yönelik bir yaklaşım sunulmuştur. Sunulan yaklaşım, barajların aniden yıkılma varsayımı ile baraj haznesindeki su hacminin bir-boyutlu model ile dar bir vadi boyunca ötelenmesini ve ötelenmiş hidrograf sınır şartı kabul edilerek mansabında yerleşim bölgeleri yer alan iki ayrı çalışma alanında taşkın dalgasının iki boyutlu yayılımının modellenmesini içermektedir. Önerilen yaklaşım mansabında Eskişehir bulunan Porsuk Barajı ile mansabında İstanbul olan Alibey Barajına uygulanmıştır.
  • Article
    Citation - WoS: 76
    Citation - Scopus: 84
    Two-Dimensional Numerical Modeling of Flood Wave Propagation in an Urban Area Due To Ürkmez Dam-Break, Izmir, Turkey
    (Springer Verlag, 2016) Haltas, İsmail; Tayfur, Gökmen; Elçi, Şebnem
    This study investigated flood inundation in an urban area due to a possible failure of Ürkmez Dam in İzmir, Turkey. The estimation of flood hydrograph upon partial failure of the dam and routing of the flood hydrograph along the narrow valley downstream were first performed by the one-dimensional hydraulic routing model HEC-RAS. The two-dimensional hydraulic routing model FLO-2D is then used to simulate the spreading of the dam-break flood after the flood wave exits the valley. Land use and land cover digital maps were utilized to find the spatially varying roughness coefficient for the floodplain. The influence of the buildings on the flood propagation was represented in the numerical model by the area reduction factor as well as the width reduction factor. The peak flow depth, peak flow velocity and time moment of the peak flow depth maps were shown in the GIS environment. The results reveal that flow depths can reach about 3 m in the residential area. In about 40 min after the dam-break, houses in the large section of the town would be under the maximum flow depths. The two-dimensional hydrodynamic model results were tested against experimental dam-break flow data of the distorted physical model of Ürkmez Dam, which is consisted of the reservoir, dam body and downstream area including Ürkmez Town. The model successfully simulated experimental flow depth data measured at different measurement locations.
  • Article
    Citation - WoS: 49
    Citation - Scopus: 51
    Numerical Simulation of Flood Wave Propagation in Two-Dimensions in Densely Populated Urban Areas Due To Dam Break
    (Springer Verlag, 2016) Haltaş, İsmail; Elçi, Şebnem; Tayfur, Gökmen
    Dams are important structures having many functions such as water supply, flood control, hydroelectric power and recreation. Although dam break failures are very rare events, dams can fail with little warning and the damage at the downstream of the dam due to the flood wave can be catastrophic. During a dam failure, immense volume of water is mobilized at very high speed in a very short time. The momentum of the flood wave can turn to a very destructive impact force in residential areas. Therefore, from risk point of view, understanding the consequences of a possible dam failure is critically important. This study deals with the methodology utilized for predicting the flood wave occurring after the dam break and analyses the propagation of the flood wave downstream of the dam. The methodology used in this study includes creation of bathymetric, DEM and land use maps; routing of the flood wave along the valley using a 1D model; and two dimensional numerical modeling of the propagation and spreading of flood wave for various dam breaching scenarios in two different urban areas. Such a methodology is a vital tool for decision-making process since it takes into account the spatial heterogeneity of the basin parameters to predict flood wave propagation downstream of the dam. Proposed methodology is applied to two dams; Porsuk Dam located in Eskişehir and Alibey Dam located in Istanbul, Turkey. Both dams are selected based on the fact that they have dense residential areas downstream and such a failure would be disastrous in both cases. Model simulations based on three different dam breaching scenarios showed that maximum flow depth can reach to 5 m at the border of the residential areas both in Eskişehir and in Istanbul with a maximum flow velocity of 5 m/s and flood waves having 0.3 m height reach to the boundary of the residential area within 1 to 2 h. Flooded area in Eskişehir was estimated as 127 km2, whereas in Istanbul this area was 8.4 km2 in total.